Laser zeigen jeden Arbeitsschritt an

Rotorblätter von Windenergieanlagen müssen leicht und trotzdem extrem robust sein. Sie werden daher in Sandwichbauweise aus Glasfaser, Kohlefaser und Holz hergestellt. Um die komplexe Produktion zu verbessern, ersetzen die Hersteller von Windkraftanlagen die bisher verwendeten manuellen Schablonen zum Positionieren der Fasermatten. Die neue digitale Laserschablone Composite Pro von LAP sorgt für höhere Genauigkeit und eine erhebliche Zeitersparnis.

Beim Herstellungsverfahren, beispielsweise in Halbschalen-Sandwichbauweise, werden abwechselnd Fasermaterial und flüssiges Harz in eine Form eingebracht. Bis zu sieben Lagen Fasermaterial werden so in eine duroplastische Kunststoffmatrix eingebettet. Die Form wird abschließend mit Folie abgedichtet und evakuiert. Der Luftdruck presst die Lagen zusammen und fixiert sie. Erst in der Endfertigung werden diese Halbzeuge zu Rotorblättern zusammengefügt.

Eine besondere Herausforderung bei der Herstellung der bis zu 60 m langen Halbschalen ist das exakte Schichten der einzelnen Lagen. Bislang wurden die einzelnen Matten aus den unterschiedlichen Materialien mit Schablonen positioniert oder aufwendig vermessen. Da das Arbeiten mit Schablonen jedoch fehleranfällig ist, verwenden Hersteller von Windenergieanlagen verstärkt die digitale Laserschablone von LAP speziell für Verbundwerkstoffe. Nach Einschätzung eines Herstellers von Windenergieanlagen ergibt sich durch die Zusammenarbeit mit LAP in einigen Produktionsbereichen eine Zeitersparnis von mindestens 20 %. Weitere Optimierungen seien durch eine produktionsbegeleitende Analyse der Prozesse möglich.

„Das System projiziert mit Laserstrahlen die exakte Position der einzelnen Matten und eine eindeutige Identifikationsnummer“, beschreibt Axel Rieckmann, Vertriebsleiter Industrie bei LAP, das Verfahren. „Das Ausrichten der Teile mit den unhandlichen Schablonen und das umständliche manuelle Einmessen entfallen.“ Dies sorge für eine höhere Genauigkeit und eine erhebliche Zeiteinsparung. Darüber hinaus wird die korrekte Lage der Matten in der gekrümmten Form während der Herstellung mit Hilfe der Laserprojektion kontrolliert. So lassen sich Fehler in der Produktion und aufwendiges Nacharbeiten frühzeitig ausschließen.

Die LAP Projektoren leiten die Arbeiter Schritt für Schritt durch den gesamten Fertigungsprozess. Die einzelnen Arbeitsschritte werden in der richtigen Reihenfolge angezeigt. Alle Elemente werden somit zur richtigen Zeit millimetergenau positioniert, geprüft und dokumentiert. Denn Ausschuss darf es bei der Produktion der teuren Rotorblätter nicht geben. LAP ist der einzige Hersteller von Laserprojektoren, der drei Farben gleichzeitig projizieren kann. Dadurch lassen sich bestimmte Bereiche hervorheben.

Ein weiterer Vorteil ist, dass die Werke der weltweit verteilten Standorte über das System kommunizieren können. Der Grund ist einleuchtend: Die Rotorblätter der immer größer werdenden Windkraftanlagen sind nur schwer zu transportieren. Daher brauchten die Hersteller bisher für jeden Standort eigene Schablonen für die einzelnen Rotortypen. Und bei jeder geringfügigen Änderung mussten alle Standorte mit neuen Schablonen versorgt werden. Dieser Aufwand fällt mit dem neuen Projektionssystem weg. „Mit unserem System lassen sich Informationen und Anpassungen einfach online versenden“, versichert Axel Rieckmann.

Thomas Lübke Fachjournalist in Bonn

Um eine Kontur darzustellen, lenken zwei drehbare, elektronisch gesteuerte Spiegel (Galvanometer) einen Laserstrahl ab und projizieren ihn auf die Oberfläche. Das geschieht mit so hoher Geschwindigkeit, dass das menschliche Auge die Kontur als eine durchgehende Linie wahrnimmt. Aus einem Abstand von 4 m von der Arbeitsoberfläche erreichen die Laserprojektoren eine Genauigkeit von 0,5 mm.

Eine spezielle Software steuert den gesamten Arbeitsablauf von der Eingabe der CAD-Daten über die Übertragung der Steuerdaten an die Projektoren bis zur Abfolge der einzelnen Arbeitsschritte. Das Programm führt den Anwender Schritt für Schritt durch den gesamten Prozess des Lagenaufbaus. Der Hersteller LAP verwendet digitale Regler für die Ansteuerung der Spiegel. Auf diese Weise gibt es keine interne systembedingte Drift. Die Projektoren zeichnen sich durch hohe Wiederholgenauigkeit und Stabilität der Projektion aus. Das System prüft in frei wählbaren Zeitintervallen automatisch die Position mehrerer Referenzpunkte auf der Arbeitsoberfläche und gewährleistet so die exakte Kalibrierung des Systems. Darüber hinaus verhindern automatische Funktionen Bedienfehler und sorgen für hohe Präzision und Reproduzierbarkeit.

Die Laserprojektoren werden meist unter der Hallendecke oder an einer Tragkonstruktion befestigt. Die Laserköpfe sind vollständig gekapselt. So kann kein Staub eindringen und die Laser verschmutzen nicht. Die aktive thermoelektrische Temperierung gleicht Schwankungen der Umgebungstemperatur aus und stellt so die lange Lebensdauer der Lasermodule sicher. Die Systeme lassen sich einfach in bestehende Anlagen integrieren.

LAP entwickelt und produziert laserbasierte Systeme für die präzise Projektion von Konturen in Industrie und Medizin seit Mitte der achtziger Jahre. Die Systeme werden auch eingesetzt für das berührungslose Messen von geometrischen Größen, zum Beispiel Position, Breite, Dicke, Länge und Durchmesser von Produkten in der industriellen Fertigung. Der Hersteller bietet Standardkomponenten und kundenspezifische Lösungen an. Komponenten, aber auch komplexe Systeme lassen sich nach Bedarf gestalten. Die Leistung der Lüneburger reicht von der Planung und Entwicklung über Konstruktion, Programmierung und Produktion bis zu Inbetriebnahme und Service.

Laserprojektionssysteme erzeugen Punkte, Linien, Kreuze oder beliebig geformte Umrisse wie zum Beispiel maßstabsgerechte Formen aus CAD-Daten. Die gut sichtbaren roten oder grünen Laserlinien werden genutzt, um Produkte oder Bauteile zu platzieren oder auszurichten. Ein wichtiger Einsatzbereich liegt in der Fertigung von Karbonfaserbauteilen in der Luftfahrt- und Fahrzeugindustrie. Der Einsatz von Laserprojektionssystemen ist auch in anderen Branchen üblich, beispielsweise in der Holzverarbeitung und Reifenindustrie oder bei der Herstellung von Windkrafträdern. Mit Linienlasern und Laserprojektoren für Industrie und Handwerk nimmt LAP in Europa eine der führenden Positionen ein.